Главное меню

Закладка арматуры в ленточный фундамент


схемы, расчет диаметра арматуры, расположение по углам и в подошве

Ленточный фундамент имеет нестандартную геометрию: его длинна в десятки раз больше глубины и ширины. Из-за такой конструкции почти все нагрузки распределяются вдоль ленты. Самостоятельно бетонный камень не может компенсировать эти нагрузки: его прочности на изгиб недостаточно. Для придания конструкции повышенной прочности используют не просто бетон, а железобетон — это бетонный камень с расположенными внутри стальными элементами — стальной арматурой. Процесс закладки металла называется армированием ленточного фундамента. Своими руками его сделать несложно, расчет элементарный, схемы известны. 

Количество, расположение, диаметры и сорт арматуры — все это должно быть прописано в проекте. Эти параметры зависят от многих факторов: как от геологической обстановки на участке, так и от массы возводимого здания. Если вы хотите иметь гарантированно прочный фундамент — требуется проект. С другой стороны, если вы строите небольшое здание, можно попробовать на основании общих рекомендаций все сделать своими руками, в том числе и спроектировать схему армирования.

Содержание статьи

Схема армирования

Расположение арматуры в ленточном фундаменте в поперечном сечении представляет собой прямоугольник. И этому есть простое объяснение: такая схема работает лучше всего.

Армирование ленточного фундамента при высоте ленты не более 60-70 см

На ленточный фундамент действуют две основные силы: снизу при морозе давят силы пучения, сверху — нагрузка от дома. Середина ленты при этом почти не нагружается. Чтобы компенсировать действие этих двух сил обычно делают два пояса рабочей арматуры: сверху и снизу. Для мелко- и средне- заглубленных фундаментов (глубиной до 100 см) этого достаточно. Для лент глубокого заложения требуется уже 3 пояса: слишком большая высота требует усиления.

О глубине заложения фундамента прочесть можно тут.

Для большинства ленточных фундаментов армирование выглядит именно так

Чтобы рабочая арматура находилась в нужном месте, ее определенным образом закрепляют. И делают это при помощи более тонких стальных прутьев. Они в работе не участвуют, только удерживают рабочую арматуру в определенном положении — создают конструкцию, потому и называется этот тип арматуры конструкционным.

Для ускорения работы при вязке арматурного пояса используют хомуты

Как видно на схеме армирования ленточного фундамента, продольные прутки арматуры (рабочие) перевязываются горизонтальными и вертикальными подпорками. Часто их делают в виде замкнутого контура — хомута. С ними работать проще и быстрее, а конструкция получается более надежной.

Какая арматура нужна

Для ленточного фундамента используют два типа прутка. Для продольных, которые несут основную нагрузку, требуется класс АII или AIII. Причем профиль — обязательно ребристый: он лучше сцепляется с бетоном и нормально передает нагрузку. Для конструкционных перемычек берут более дешевую арматуру: гладкую первого класса АI, толщиной 6-8 мм.

В последнее время появилась на рынке стеклопластиковая арматура. По заверениям производителей она имеет лучшие прочностные характеристики и более долговечна. Но использовать ее в фундаментах жилых зданий многие проектировщики не рекомендуют. По нормативам это должен быть железобетон. Характеристики этого материала давно известны и просчитаны, разработаны специальные профили арматуры, которые способствуют тому, что металл и бетон соединяются в единую монолитную конструкцию.

Классы арматуры и ее диаметры

Как поведет себя бетон в паре со стеклопластиком, насколько прочно такая арматура будет сцепляться с бетоном, насколько успешно эта пара будет сопротивляться нагрузкам — все это неизвестно и не изучено. Если хотите экспериментировать — пожалуйста, используйте стекловолокно. Нет — берите железную арматуру.

Расчет армирования ленточного фундамента своими руками

Любые строительные работы нормируются ГОСТами или СНиПами. Армирование — не исключение. Оно регламентируется СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции». В этом документе указывается минимальное количество требуемой арматуры: оно должно быть не менее 0,1% от площади поперечного сечения фундамента.

Определение толщины арматуры

Так как ленточный фундамент в разрезе имеет форму прямоугольника, то площадь сечения находится перемножением длин его сторон. Если лента имеет глубину 80 см и ширину 30 см, то площадь будет 80 см*30 см = 2400 см2.

Теперь нужно найти общую площадь арматуры. По СНиПу она должна быть не менее 0,1%. Для данного примера это 2,8 см2. Теперь методом подбора определим, диаметр прутков и их количество.

Цитаты из СНиПа, которые относятся к армированию (чтобы увеличить картинку щелкните по ней правой клавишей мышки)

Например, планируем использовать арматуру диаметром 12 мм. Площадь ее поперечного сечения 1.13 см2 (вычисляется по формуле площади окружности). Получается, чтобы обеспечить рекомендации (2,8 см2)  нам понадобится три прутка (или говорят еще «нитки»), так как двух явно мало: 1,13 * 3 = 3,39 см2, а это больше чем 2,8 см2, которые рекомендует СНиП. Но три нитки на два пояса разделить не получится, а нагрузка будет и с той и с другой стороны значительной. Потому укладывают четыре, закладывая солидный запас прочности.

Чтобы не закапывать лишние деньги в землю, можно попробовать уменьшить диаметр арматуры: рассчитать под 10 мм. Площадь этого прутка 0,79 см2. Если умножить на 4 (минимальное количество прутков рабочей арматуры для ленточного каркаса), получим 3,16 см2, чего тоже хватает с запасом. Так что для данного варианта ленточного фундамента можно использовать ребристую арматуру II класса диаметром 10 мм.

Армирование ленточного фундамента под коттедж проводят с использованием прутков с разным типом профиля

Как рассчитать толщину продольной арматуры для ленточного фундамента разобрались, нужно определить, с каким шагом устанавливать вертикальные и горизонтальные перемычки.

Шаг установки

Для всех этих параметров тоже есть методики и формулы. Но для небольших строений поступают проще. По рекомендациям стандарта расстояние между горизонтальными ветками не должно быть больше 40 см. На этот параметр и ориентируются.

Как определить на каком расстоянии укладывать арматуру? Чтобы сталь не подвергалась коррозии, она должна находится в толще бетона. Минимальное расстояние от края — 5 см. Исходя из этого, и рассчитывают расстояние между прутками: и по вертикали и по горизонтали оно на 10 см меньше габаритов ленты. Если ширина фундамента 45 см, получается, что между двумя нитками будет расстояние 35 см (45 см — 10 см = 35 см), что соответствует нормативу (меньше 40 см).

Шаг армирования ленточного фундамента — это расстояние между двумя продольными прутками

Если лента у нас 80*30 см, то продольная арматура находится одна от другой на расстоянии 20 см (30 см — 10 см). Так как для фундаментов среднего заложения (высотой до 80 см) требуется два пояса армирования, то один пояс от другого располагается на высоте 70 см (80 см — 10 см).

Теперь о том, как часто ставить перемычки. Этот норматив тоже есть в СНиПе: шаг установки вертикальных и горизонтальных перевязок должен быть не более 300 мм.

Все. Армирование ленточного фундамента своими руками рассчитали. Но учтите, что ни масса дома, ни геологические условия не учитывались.  Мы основывались на том, что на этих параметрах основывались при определении размеров ленты.

Армирование углов

В конструкции ленточного фундамента самое слабое место — углы и примыкание простенков. В этих местах соединяются нагрузки от разных стен. Чтобы они успешно перераспределялись, необходимо арматуру грамотно перевязать. Просто соединить ее неправильно: такой способ не обеспечит передачу нагрузки. В результате через какое-то время в ленточном фундаменте появятся трещины.

Правильная схема армирования углов: используются или сгоны — Г-образные хомуты, или продольные нитки делают длиннее на 60-70 см и загибают за угол

Чтобы избежать такой ситуации, при армировании углов используют специальные схемы: пруток с одной стороны загибают на другую. Этот «захлест» должен быть не менее 60-70 см. Если длины продольного прутка на загиб не хватает, используют Г-образные хомуты со сторонами тоже не менее 60-70 см. Схемы их расположения и крепления арматуры приведены на фото ниже.

По такому же принципу армируются примыкания простенков. Также желательно арматуру брать с запасом и загибать. Также возможно использование Г-образных хомутов.

Схема армирования примыкания стен в ленточном фундаменте (чтобы увеличить картинку щелкните по ней правой клавишей мышки)

Обратите внимание: в обоих случаях, в углах шаг установки поперечных перемычек уменьшен в два раза. В этих местах они уже становятся рабочими — участвуют в перераспределении нагрузки.

Армирование подошвы ленточного фундамента

На грунтах с не очень высокой несущей способностью, на пучнистых почвах или под тяжелые дома, часто ленточные фундаменты делают с подошвой. Она передает нагрузку на большую площадь, что придает большую стабильность фундаменту и уменьшает величину просадок.

Чтобы подошва от давления не развалилась, ее также необходимо армировать. На рисунке представлены два варианта: один и два пояса продольной арматуры. Если грунты сложные, с сильной склонностью к зимнему печению, то можно укладывать два пояса. При нормальных и среднепучнистых грунтах — достаточно одного.

Уложенные в длину пруты арматуры являются рабочими. Их, как и для ленты, берут второго или третьего класса. Располагаются друг от друга они на расстоянии 200-300 мм. Соединяются  при помощи коротких отрезков прутка.

Два способа армирования подошвы ленточного фундамента: слева для оснований с нормальной несущей способностью, справа — для не очень надежных грунтов

Если подошва неширокая (жесткая схема), то поперечные отрезки — конструктивные, в распределении нагрузки не участвуют. Тогда их делают диаметром 6-8 мм, загибают на концах так, чтобы они охватывали крайние прутки. Привязывают ко всем при помощи вязальной проволоки.

Ели подошва широкая (гибкая схема), поперечная арматура в подошве тоже является рабочей. Она сопротивляется попыткам грунта «схлопнуть» ее. Потому в этом варианте подошвы используют ребристую арматуру того же диаметра и класса, что и продольную.

Сколько нужно прутка

Разработав схему армирования ленточного фундамента, вы знаете, сколько продольных элементов вам необходимо. Они укладываются по всему периметру и под стенами. Длинна ленты будет длиной одного прутка для армирования. Умножив ее на количество ниток, получите необходимую длину рабочей арматуры. Затем к полученной цифре добавляете 20%  — запас на стыки и «перехлесты». Вот столько в метрах вам и нужно будет рабочей арматуры.

Считаете по схеме сколько продольных ниток, потом высчитываете сколько необходимо конструктивного прутка

Теперь нужно посчитать количество конструктивной арматуры. Считаете, сколько поперечных перемычек должно быть: длину ленты делите на шаг установки (300 мм или 0,3 м, если следовать рекомендациям СНиПа). Затем подсчитываете, сколько уходит на изготовление одной перемычки (ширину арматурного каркаса складываете с высотой и удваиваете). Полученную цифру умножаете на количество перемычек. К результату добавляете тоже 20% (на соединения). Это будет количество конструктивной арматуры для армирования ленточного фундамента.

По похожему принципу считаете количество, которое необходимо для армирования подошвы. Сложив все вместе, вы узнаете, сколько арматуры нужно на фундамент.

О выборе марки бетона для фундамента прочесть можно тут. 

Технологии сборки арматуры для ленточного фундамента

Армирование ленточного фундамента своими руками начинается после установки опалубки. Есть два варианта:

Оба вариант неидеальны и каждый решает, как ему будет легче. При работе непосредственно в траншее, нужно знать порядок действий:

Есть еще одна технология армирования ленточного фундамента. Каркас получается жесткий, но идет большой расход прутка на вертикальные стойки: их забивают в грунт.

Вторая технология армирования ленточного фундамента — сначала вбивают вертикальные стойки, к ним привязывают продольные нитки, а потом все соединяют поперечными

Удобнее и быстрее  всего делать армирующий пояс с использованием сформованных заранее контуров. Прут сгибают, формируя прямоугольник с заданными параметрами. Вся проблема в том, что их необходимо делать одинаковыми, с минимальными отклонениями. И требуется их большое количество. Но потом работа в траншее движется быстрее.

Армирующий пояс можно вязать отдельно, а потом установить в опалубку и связать в единое целое уже на месте

Как видите, армирование ленточного фундамента — длительный и не самый простой процесс. Но справиться можно даже одному, без помощников. Потребуется, правда, много времени. Вдвоем или втроем работать сподручнее: и прутки переносить, и выставлять их.

схема, чертеж и пошаговая инструкция по укладке арматуры своими руками, как правильно уложить каркас, какое должно быть расстояние

Чтобы выстроить малый дом в 1-2 этажа, хоз. постройку, придорожный магазинчик или гараж устраивается ленточный фундамент.

Это недорогой и надежный вариант при возведении строений малой этажности.

На его заливку расходуется минимум материалов и времени.

Бетон сам по себе довольно хрупкий и подвержен разрушению. Для его упрочнения используется арматурный каркас.

Строительные работы до начала процесса

Перед началом армирования необходимо сделать чертеж фундамента. Он должен подпирать внешние стены и несущие внутренние перегородки. После производится расчет арматурного каркаса.

Перед непосредственным началом строительных работ по вязке скелета необходимо:

  1. Выкопать траншею – согласно расположению и размерам чертежа.
  2. Собрать опалубку внутри траншеи из подходящих материалов.
  3. Организовать песчаную подушку в качестве подложки для равномерности распределения бетона.

Главные элементы для обустройства арматурного каркаса

От правильно собранной конструкции зависит ее надежность и долговечность.

Любой каркас ленточного фундамента включает такие арматурные элементы:

Правильный остов повышает несущую способность строения. Он также препятствует воздействию деформационных сил извне.

Какие схемы существуют?

Существует две установленные схемы продольной установке арматуры:

Если принять ширину основания для фундамента более чем 500 мм, то используется вторая схема. Это зависит от норм, которые предписывают рядом расположенные стержни укладывать с интервалом 400 мм друг от друга.


Боковая продольная арматура должна отходить от бетонных стенок на 50-70 мм. Это способствует сохранению защитного слоя бетона на каркасе.

При возведении фундамента любой высоты применяется два пояса армирования:

Типовые схемы по устройству углов и Т-образных примыканий применяются хомуты:

На рисунке изображен чертеж схемы армирования ленточного фундамента с применением Г и П элементов:

Гнутые элементы должны быть продолжением основных продольных прутьев и «наслаиваться» на них на 600-700 мм, но не короче 50 диаметров арматуры. Шаг арматуры в местах расположения углов вычисляется по соотношению: 0,75 х высоты фундамента.

Детальная информация по армированию содержится в СНиП 2.03.01-84 и СНиП 2.02.01-83.

Выбор и расчет

При армировании необходимо использовать арматуру класса АIII. Она отличается рифленой поверхностью. Ее применяют для продольных и поперечных хлыстов, а также в упрочнении углов.

Такой тип, по сравнению с гладкой, имеет лучшую сцепляющую способность с бетоном. Гладкие класса АI применяют для вертикальных элементов.

Допустимо применять только горячекатаную сталь марок:

В настоящее время помимо стандартных металлических прутков применяют арматуру из стеклопластика. Ее прочность выше, чем у стальной. Но такой тип чаще используется в крупногабаритном строительстве для уменьшения нагрузки.

Упрощенный план расчета:

  1. Чтобы рассчитать сечение рабочих прутьев необходимо взять 0,1% площади сечения фундамента, а именно, для фундамента длиной:
    • менее 3м применимо сечение в 10мм;
    • более 3м — сечение необходимо применять не менее 12 мм, но не более 40 мм.
  2. Горизонтальная арматура составляет более 25% толщины рабочего прутка (минимальное значение 6 мм).
  3. Вертикальные стержни рассчитываются согласно высоты фундамента:
    • менее 0,8м принимается сечение в 6мм;
    • более 0,8м принимается сечение в 8мм и более.

Данные формулы применимы только при возведении небольших построек. Габаритные строения в соответствие со СНиП требуют учитывать запас арматуры для обеспечения достаточной прочности.

При планировании постройки в три этажа и выше, либо при наличии подвижных грунтов, предпочтительнее заказать расчет и схему в специализированной строительной фирме.

Еще больше информации о расчете арматуры в видео:

Необходимые инструменты и материалы

Прежде чем приступить к строительно-монтажным работам нужно заранее собрать необходимые инструменты и приспособления:

Обустройство опалубки и подушки

Для устройства опалубки используются ОСБ-плиты, деревянные конструкции, фанера или ДВП. Материал должен удерживать бетон и не сгибаться под его давлением. Чем выше фундамент, тем прочнее требуется материал.

Сборка опалубки поэтапно:

Следом устраивается песчаная подушка. Ее толщина варьируется в пределах 200 мм. При этом песок следует предварительно утрамбовать. Для быстрой трамбовки достаточно намочить песок водой.

Как правильно армировать — пошаговая инструкция

Связывание арматуры для остова делается либо сразу в опалубке, либо за ее пределами с последующей установкой в местах использования.

Этапы вязки «скелета» фундамента:

Независимо от того, где происходит вязка: непосредственно в опалубке или же отдельно с последующей установкой в опалубку – последовательность шагов неизменна. Если части каркаса собираются отдельно, то их необходимо хорошо связать между собой непосредственно в опалубке.

Все пересечения арматуры должны вязаться проволокой. Иногда допустимо применять хомуты из пластика. Использование сварочного аппарата для соединения элементов запрещается строительными нормами.

Как правильно гнуть арматуру?

Правильность работы с инструментами, которые способны согнуть металлические основы для дальнейшего использования в процессе армирования, позволяет создавать правильные и надежные гнутые элементы костяка.

Чтобы согнуть металлический прут существует два способа:

Горячий метод делает место сгиба хрупким. Для дальнейшей работы необходимо остудить готовое изделие на открытом воздухе.

Раскрой

Если диаметр прутьев не превышает 12 мм, для резки применимы ножовка по металлу, либо ленточная пила. Если диаметр штырей больше 12 мм, лучше применять «болгарку» со специальной насадкой, предназначенной для «мягкой» стали.

Автоматический инструмент способствует ускорению строительно-монтажных работ, но требует аккуратной работы, чтобы избежать травматизма.

Расположение

Арматура должна отступать от края фундамента вовнутрь на 50-60 мм. Это предотвратит коррозию металла внутри фундамента и создаст защитный слой из бетона. Глубже делать не рекомендуется, так как остов перестанет выполнять свои функции и противостоять внешним воздействиям среды на бетон.

Для создания цельносвязанного каркаса необходимо соединять вертикальные и поперечные стержни одним хомутом.

Для создания защитного бетонного слоя внизу фундамента под каркас на расстоянии около 0,5 метров необходимо подкладывать кирпичи. При этом не следует допускать прогибов скелета.

Как правильно уложить продольную арматуру?

Продольная арматура должна обеспечивать равномерность распределение деформационных сил по всему фундаменту.

То есть она делает бетон работоспособным. В п. 7.3.6 СНиП 52-01-2003 указывается, что шаг между продольными армирующими прутами нужно рассчитывать исходя из их типа (стены, плиты перекрытия, балки, колонны), а также высоты и ширины поперечного сечения.

Но при этом расстояние между продольными прутками не должно быть более 400-500 мм. При укладке следует использовать целые хлысты без соединений, удлиненные на 1,5-2 метра для того, чтобы сделать загибы по углам. Это повысит их прочность.

Укладка поперечной

Правила поперечного армирования рассмотрены в п. 7.3.7 СНиП 52-01-2003. Вертикальная и поперечная арматура размещается с отступом до 300 мм друг от друга.

Но при этом это расстояние не должно быть меньше половины высоты основания. Она забирает на себя часть поперечной нагрузки, которая воздействует на бетон и предупреждает формирование наклонных трещин.

Процесс вязки

Для вязки существует специализированная «вязальная» проволока. Чтобы правильно выбрать необходимый материал, нужно обратить внимание на его состав.

В состав вязальной проволоки входит низкоуглеродистая сталь. Отличается она белым цветом.

В процессе связывания достаточно приобрести проволоку диаметром от 1,0 до 1,4 мм. Если использовать минимальную толщину, то материал легко рвется. При использовании более толстой продукции в процессе монтажа будет сложно ее скручивать.

Для вязки двух элементов остова необходимо подготовить отрезы длиной 250-500мм, для соединения трех штырей нужны отрезы не менее 500мм. Отрезаемая длина зависит от диаметра связываемых материалов. При связывании нескольких элементов, вязальную проволоку следует складывать пополам.

Длину скрутки не следует делать слишком большой. Достаточно 3-5 витков для создания прочного соединения.

Углы основания

Чтобы обеспечить гармоничный переход двух векторов разной нагрузки, нужно правильно произвести армирование углов. В этом случае применимы гнутые элементы.

При достаточной длине продольных стержней лучше будет завести хлысты за угол на 600-700мм. Цельные элементы значительно повысят прочность отдельных хомутов.

При этом шаг пояса из вертикальной и поперечной арматуры должен составлять ½ шага прямых участков ленточного фундамента.

Возможные ошибки и как исправить

Малый напуск арматуры или его отсутствие в каркасе недопустим, так как в процессе бетонирования костяк может двигаться.

Это может привести к нарушению готового изделия. Лучше оставлять припуски по 200 мм.

Сварка элементов или связывание неподходящим материалом, например, веревкой недопустимы.

Сварка делает узел крепления хрупким, а веревка не обеспечивает достаточной прочности соединения.

Армирование углов без напусков. Армирование углов внахлест хлыстом может привести к быстрому разрушению и неравномерному переходу нагрузок между двумя частями фундаментной конструкции. Для решения проблемы включаются добавочные гнутые элементы.

Заключение

В технологическом плане армирование ленточного фундамента – процесс запутанный и трудоемкий. Но его вполне реально осуществить самостоятельно с использованием инструкций. Достаточно использовать силу двух-трех рабочих и подготовить несколько простых расчетов. Такой фундамент станет хорошим началом для будущего негабаритного строения.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Одноклассники

Мой мир

Армирование ленточного фундамента: схема, расчеты

Все строители знают, что армирование ленточного фундамента – необходимый этап возведения зданий, благодаря которому удается добиться нужных характеристик прочности, надежности, стойкости ко внешним воздействиям, существенно продлить срок службы. Тандем бетона и металла гарантирует наилучшие свойства, которые не может обеспечить ни один из этих материалов по отдельности.

Ленточный фундамент наиболее популярен в индивидуальном строительстве жилых зданий, так как обходится сравнительно недорого, предполагает небольшой расход материалов, быстрое и простое строительство. Но без усиления фундамента конструкция данного типа не будет обладать нужными свойствами и не прослужит долго. Поэтому упрочнение нужно делать обязательно, все работы можно осуществить своими руками.

Требования к бетону

Правильная армировка должна выполняться с использованием наиболее качественных материалов. Марка и класс бетона подбираются в соответствии с нужными показателями. Основные свойства прочности бетонных конструкций – это растяжение (Rbt,n), поперечный излом и осевое сжатие (Rb,n). Могут браться в расчет поправочные коэффициенты надежности в пределах от 1.0 до 1.5.

Требования к арматуре

Чтобы понять, какая арматура нужна для ленточного фундамента, необходимо выполнить расчеты и рассмотреть основные виды материала. Для выполнения работ используется механически упрочненная, горячекатанная строительная термически обработанная арматура. Класс выбирают по максимальным нагрузкам, учитывая характеристики на растяжение, пластичность, свариваемость, стойкость к коррозии, способность выдерживать температурные перепады и т.д.

Основные марки прутьев: стержневая горячекатанная (А), проволочная холоднодеформированная (Вр), канатная очень прочная (К). Для каркасов фундамента выбирают прутья класса по пределу текучести А400 (АIII) с серповидным рисунком по типу «елочки».

Правильное армирование предполагает использование таких видов стержней:

Чтобы понять, какую арматуру лучше использовать, нужно помнить о некоторых правилах. Для усиления основания одно-, двухэтажных зданий и легких строений подойдут прутья диаметром 10-24 миллиметра. Прочностные характеристики более толстой (и намного более дорогой) арматуры задействованы вряд ли будут.

Стержни должны быть рифлеными, так как они обеспечивают прекрасную адгезию с бетонным раствором, их толщина должна четко соответствовать указанным в документах значениям. Гладкие прутья стоят дешевле, но они не позволят создать надежный и прочный армокаркас. Использовать их можно лишь в поперечных соединениях, где отмечена не очень большая нагрузка.

При создании каркаса ленточного фундамента на однородной почве можно выбрать материал диаметром 10-14 миллиметров, на неоднородной – лучше 16-24. Если сторона здания составляет больше 3 метров, рабочее армирование монолитного фундамента делают из стержней минимум 12 миллиметров, но не более 40.

Технология требует, чтобы горизонтальные хомуты по диаметру не были меньше, чем четверть рабочих прутьев – обычно берут 6 миллиметров. Вертикальные стержни для малозагубленных фундаментов в 80 сантиметров и меньше должны составлять минимум 6 миллиметров в сечении. Все продумав, можно определить, какой диаметр прутьев нужен для разных видов работ.

Требования к армированию

До того, как армировать, нужно определиться с тем, каких размеров будет каркас, выполнить чертеж, нарисовать схему всех работ и конструкций. Геометрические размеры фундамента должны быть такими, чтобы расположение арматуры было свободным. Бетонный слой полностью покрывает каркас, защищая его от внешних воздействий, коррозии.

Минимальные расстояния между прутьями должны быть достаточными для эффективной стыковки и соблюдения всех правил технологии. В работах используется исключительно качественная арматура, в соответствии со СНиП 3.03.01. Гибка прутьев выполняется с использованием специальных приспособлений. Радиус изгиба соответствует диаметру и физическим параметрам стержней.

Видео ручной станок для гибки арматуры

И еще одно полезное видео:

Видео как гнуть арматуру работа на самодельном станке

Расчет размера, количества и диаметра арматуры

Важно сразу знать, сколько нужно арматуры, чтобы сделать арматурный каркас надежным и прочным. Зная размеры постройки, можно все тщательно просчитать.

Стандартная конфигурация каркаса для небольших домов:

Так, если нужно возвести строение площадью 150 квадратных метров, периметр внешних стен составляет 50 метров. Чтобы высчитать количество арматуры, нужно учесть все: 2 пояса продольного ряда по 3 прута это 6 прутов, умножить на 50 метров, выходит 300 метров основных прутьев. Если укладка перемычек осуществляется с шагом 30 сантиметров, получается 167 штук на 50 метров. Длина перемычек поперечных 30 сантиметров (167х0.3=100.2 метра), вертикальных – 60 (167х0.6=200.4 метра).

Получается, что на вопрос о том, сколько арматуры нужно для упрочнения дома площадью 150 квадратных метров с периметром стен 50 метров, ответ таков: 300 метров толстых рифленых прутьев и 300.6 более тонких стержней. Плюс 10-15% на запас и стыковку.

Правила армирования ленточного фундамента

Как вязать арматурную сетку самостоятельно

Нижеследующая пошаговая инструкция даст возможность узнать, как правильно сделать каркас и обеспечить фундаменту нужные свойства. Проще всего готовая арматура для ленточного фундамента вяжется на земле. Вне конструкции создаются прямолинейные участки сетки, а вот вязка углов осуществляется после опускания каркаса в траншею.

  1. Сначала нужно нарезать куски прутьев. Начинать вязку лучше с наиболее короткого участка фундамента, чтобы получить немного опыта. Резать нужно по минимуму, стараясь использовать всю длину рабочих прутов. Если в качестве примера взять ленточный фундамент шириной 40 сантиметров и высотой 120 сантиметров, то показатели получаются следующие.
  2. Со всех сторон металл заливается слоем бетона толщиной минимум 5 сантиметров. Чистые размеры каркаса по высоте – максимум 110 сантиметров, ширине – 30. Прибавляем для вязки по 2 сантиметра по обеим сторонам на нахлест. Получается, что заготовки для горизонтальных перемычек должны быть длиной около 34 сантиметров, вертикальных – около 144 сантиметров. Это для высоких фундаментов, но обычно используют основание высотой около 80 сантиметров.
  3. На ровную площадку кладут 2 прута, на расстоянии 20 см от торцов по обеим крайним сторонам вяжут горизонтальные распорки: складывают вдвое проволоку, просовывают под местом крепления и затягивают прокручиванием крючка.
  4. На расстоянии около 50 сантиметров по очереди крепят все горизонтальные распорки, конструкцию откладывают в сторону, делают еще одну такую же – это нижний и верхний каркасы, которые нужно связать вместе: приспособить упоры для обеих сеток между прутками и по вертикали по торцам по 2 распорки, прикрепить остальные куски. Аналогично нужно сделать со всеми прямыми участками конструкции.
  5. Потом на дно траншеи укладывают подкладки высотой минимум 5 сантиметров, устанавливают правильно боковые подпорки, сетку. Теперь нужно провязать каждый угол и стык, создав единый каркас. Нахлест торцов стержней должен быть равен минимум 50 диаметрам прутков.
  6. Дальше привязывают нижний поворот, крепят вертикальные стойки, к ним – верхний каркас. Потом по всем поверхностям опалубки нужно проверить расстояния, отступы, нахлесты в местах соединений, чтобы все было сделано правильно и четко.
  7. Соединение стержней по длине проблем обычно не вызывает, а вот крепление частей каркаса в углах нужно делать в соответствии с установленными нормами. Способов существует два: между двумя перпендикулярными конструкциями либо в точке примыкания стены к другой.

Технологии вязки углов:

1) Жесткое лапкой – в конце каждого прута под прямым углом вяжут лапку длиной минимум 35 диаметров стержня, соединяют загнутую часть к перпендикулярному участку. Так крепят внешние стержни каркаса стены с внешними прутами другой, в то время, как внутренние привариваются также ко внешним.

2) Г-хомуты – вместо лапки берут хомут длиной минимум 50 диаметров арматуры, одной стороной крепят к каркасу одной стены, вторую крепят с перпендикулярной. Внешние прутья соединяются с внутренними, шаг хомутов составляет ¾ высоты стены.

3) П-хомуты – для одного угла нужна установка двух П-образных хомутов длиной минимум 50 диаметров арматуры, каждый приваривают к одному перпендикулярному стержню и двум параллельным.

Примыкания создаются с использованием аналогичных способов крепежа.

Вязание арматуры при помощи специального приспособления – вязального станка

Чтобы создать этот инструмент, нужно взять несколько досок толщиной 20 миллиметров, отрезать 4 доски по длине арматуры, соединить по две на расстоянии, равном шагу вертикальных стоек, создав 2 одинаковых шаблона. Далее выполняют две вертикальные подпорки высотой, равной высоте сетки арматуры. Подпорки сооружаются с боковыми угловыми упорами, для работы лучше выбрать ровную площадку.

Приспособление используется так: на две сбитые доски устанавливаются ноги упоров, две верхние доски ставятся на верхнюю полку упоров, фиксируются. Все, макет арматурной сетки готов, теперь можно быстро вязать. Достаточно поставить на размеченные места вертикальные распорки арматуры, зафиксировав их гвоздями, прутки установить на каждую стальную перемычку, сделав так по всем сторонам каркаса. Далее берем крючок и проволоку – все, можно вязать. Такое устройство актуально там, где планируется создавать много однотипных секций сетки.

Видео как вязать арматуру при помощи приспособления

Как вязать армированную сетку в траншее

Работа в траншее сложнее, поэтому планировать все нужно загодя. На дно траншеи укладывают специальные приспособления или обычные камни на высоте минимум 5 сантиметров с шагом в ширину сетки. Камни выкладывают продольными стержнями, привязываются горизонтальные распорки. Пока прутки не станут в нужном положении, второй человек держит их за концы.

Осуществляется вязка арматуры с шагом между распорками шириной 50 см. Устанавливаем колышки и начинаем вязать монолитную конструкцию. Так делают на всех прямолинейных участках. Части каркаса к опалубке прикасаться не должны, должны находиться на расстоянии в несколько сантиметров от опалубки.

Потом вяжутся углы одним из нескольких существующих способов. Обязательно соблюдение длины нахлестов, с установкой вертикальных прутков. Часто стержни используют тут большего диаметра, повышая прочность материала. По завершении вязки заливается бетонный раствор в один заход, накрывается полиэтиленом, в процессе высыхания периодически поливается водой методом разбрызгивания.

Сваривание арматуры для армирования

В большинстве мест соединений лучше использовать вязку вместо сварки – готовая конструкция будет более прочной. Сварка возможна лишь при наличии аппарата и большого опыта, исключительно на прямолинейных участках.

Чтобы фундамент был действительно надежным, необходимо также позаботиться о правильности выполнения земельных работ под ленту, обустроив несколько слоев материалов (не только для основания и верха фундамента, но и заполняющие).

Практические советы

В местах, где нет большой нагрузки, можно осуществлять выбор арматуры в пользу прутков меньшего диаметра. Если от этого не страдает прочность, но удается понизить стоимость работ, такой вариант допускается. Решать, арматуру какого диаметра использовать в работе, стоит с учетом двух параметров: обеспечение достаточной прочности и стоимость работ, выбирая оптимальное соотношение цены и качества. В некоторых местах использование толстой арматуры просто не актуально, но покупка более дорогого материала существенно удорожит все строительство.

Раскладка каркаса в опалубке должна быть ровной. До того, как уложить конструкцию, необходимо тщательно проверить все размеры, исключить перекосы, деформации, несоблюдение параметров.

Видео армирование монолитных ленточных фундаментов неглубокого заложения

И еще одно видео:

Как правильно армировать ленточный фундамент своими руками

Правильный подбор арматуры и выполнение всех нормативных требований к организации процесса сделают армирование ленточного фундамента оправданным и эффективным этапом работы. Благодаря каркасу усиления удастся существенно улучшить прочностные характеристики здания, сделать его стойким к разным воздействиям и нагрузкам, надежным и долговечным.

Как правильно вязать арматуру на ленточный фундамент: инструкция

Каждый, кто строит дом или баню своими руками, задумывается над тем, как вязать арматуру на ленточный фундамент. Фундамент несет на себе большую нагрузку, поэтому к выполнению задачи необходимо подойти серьезно. Неверная закладка арматуры способна стать причиной преждевременного разрушения фундамента и появления трещин.

Сколько арматуры потребуется?

Для того чтобы узнать количество арматуры, важно знать площадь основания строения и глубину, на которое оно закладывается. На расчеты непосредственно влияют стабильность почвы и ее состав, близость грунтовых вод, конфигурация участка.

Как монтируют каркас?

Каркас для ленточного фундамента монтируют методом вязки. Метод сварки не приветствуется профессионалами. Под воздействием сварки металл подвергается резким температурным перепадам и теряет прочностные характеристики. Вязать каркас достаточно непросто, поэтому лучше делать это с помощниками и использовать специальную мягкую проволоку из стали. Не рекомендуют также применять пластиковые хомуты, так как полученные таким методом соединения будут смещаться вместе с подвижной бетонной смесью внутри опалубки.

Армирование повышает прочностные характеристики ленточного фундамента и позволяет создавать максимально устойчивую конструкцию. При соблюдении всех требований к технологическому процессу ленточный фундамент будет отвечать самым высоким требованиям к долговечности, надежности, способности противостоять высоким механическим нагрузкам и воздействию внешней среды.

Что может понадобиться?

Самостоятельно связать арматуру для ленточного или свайного фундамента можно при помощи самодельного или заводского крючка, используя схемы расположения арматуры внутри конструкции основания из бетона. Торцевые области усиливаются П-образными элементами. Армирование выполняют по специальным схемам, простым перехлестом прутьев армировать углы нельзя. Каркас связывают непосредственно внутри опалубки.

Как укладывают арматуру?

Максимального сцепления с бетоном позволяет добиться ребристая арматура. Ребристые пруты используют для продольных элементов конструкции, на которые приходится наибольшая нагрузка. При монтаже каркаса учитывают, что арматура не должна примыкать к дну траншеи, опалубке и верхней части бетонного основания. Величина отступа – не менее 50 мм. Таким образом, стальные прутья полностью скрываются в бетонной массе, и исключается риск коррозии. Однако углублять арматурный каркас слишком сильно не рекомендуется, так как наибольшая область растяжения ленточного фундамента расположена на его поверхности.

Преимущества армированного фундамента

В качестве основы большинства частных построек используют ленточный фундамент. Он обладает следующими преимуществами:

Ленточный фундамент формируется в зависимости от планировки помещений, он монтируется по всему периметру дома, под несущими стенами и внутренними перегородками. Бетонная масса усиливается в данном случае с помощью каркаса из металлических прутьев. Железобетонная конструкция выгодно совмещает в себе прочностные характеристики обоих материалов и позволяет возводить объекты малоэтажного домостроения, дома, бани, гаражи. Включение каркаса из металлических прутьев в бетонное основание и называется армированием.

Нагрузка на фундамент чаще всего бывает неравномерной, по этой причине в конструкции возникают внутренние напряжения. Причин этому множество: изменения грунта, неровность земельного участка, различный вес определенных частей постройки в силу неравномерной интенсивности использования. Бетон демонстрирует низкие показатели сопротивления растяжению. Стальная арматура обладает высокими пластичными свойствами, что компенсирует недостатки бетона.

Армированный бетон – идеальное решение для ленточного фундамента. Один материал противостоит сжатию, другой – растяжению, вместе они эффективно сопротивляются разнонаправленным нагрузкам, исключая риски разрушения оснований зданий и сооружений. Арматурный каркас увеличивает устойчивость конструкции. Кроме того, правильно проведенное армирование с использованием всех рекомендаций к технологическому процессу в отношении того, как вязать арматуру на ленточный фундамент, позволяет сэкономить средства, необходимые на строительство. Уменьшение массивности фундамента благодаря использованию стальной арматуры снижает фактические затраты бетона.

Купить бетон

Схемы вязки арматурного каркаса

Правильная вязка арматурного каркаса представляет соединение стальных прутьев в виде клетки. Ряды соединяются с вертикальными прутьями под прямым углом. Схема вязки выглядит следующим образом:

Если армировать углы методом простого перехлестывания стержней, вы нарушите технологию строительства. Углы армируют согнутыми элементами и усиливают их П-образными анкерами. В противном случае конструкция будет недостаточно жесткой, и фундамент будет подвержен преждевременному разрушению.

Укладка каркаса

Арматурный каркас монтируется непосредственно внутри опалубки, затем внутри него укладываются трубы коммуникаций, и выполняется заливка бетонного раствора. Бетон распределяется равномерно, в несколько слоев. После того, как бетон полностью высохнет, проводятся работы по гидроизоляции фундамента.

Как вязать арматуру для монолитной плиты?

Арматурный каркас используется в монолитной плите фундамента для компенсации растяжения, повышая прочность конструкции в 10 раз. Можно использовать готовые железобетонные плиты, однако гораздо дешевле изготовить их непосредственно на месте.

Какие материалы требуются?

Для монолитных плит используют бетон, арматуру, металлические прутья и стальную проволоку для связывания каркаса из арматуры. Очевидный метод сварки применять также не рекомендуется: после воздействия сварочного аппарата металл быстро теряет первоначальные свойства и разрушается под воздействием влажной среды. Связывать арматуру для монолитной плиты намного проще, чем для ленточного фундамента. Из инструментов понадобятся специальный крючок и угловая шлифмашина. Иногда для ускорения работ используют шуруповерт с крючком, который вставляют в зажимной патрон.

Каким должен быть каркас?

Для монолитных плит используют двусторонний каркас, который состоит из верхнего и нижнего слоев. Арматура должна отставать от краев плиты фундамента на 3-5 см. Изгибать и дополнительно усиливать арматуру в углах не обязательно, в отличие от технологии устройства ленточного фундамента. Стальную проволоку затягивают на стыках прутьев арматурного каркаса, тем самым придавая конструкции высокую прочность.

Как избежать ошибок?

Главной ошибкой при частном строительстве считается использование готовой сетки, которая изготавливается промышленным способом. Производители таких конструкций чаще всего используют сварку, которая опасна снижением рабочих параметров металла и возникновением коррозии на месте стыков. Лучше всего не пожалеть времени и сил и связать арматурных каркас для монолитной плиты самостоятельно.

Соблюдая все технологические условия вязки арматуры для фундамента, можно добиться максимально возможного ресурса железобетонной конструкции. Нарушение технологического процесса неминуемо влечет снижение качественных характеристик, появление тенденции к разрушению основания, а затем и всей конструкции. Ремонт монолитных плит невозможен, поэтому лучшим решением будет выполнение всех существующих требований на первоначальном этапе.

Видео

зачем нужен арматурный каркас, как работает, правила монтажа по СНиП, а также фото

Самый часто встречающийся тип фундамента при строительстве малогабаритных сооружений — это ленточный фундамент.

Загородные дома, бани, гаражи и другие частные хозяйственные постройки прочно стоят благодаря именно данной конструкции. При этом ленточный фундамент достаточно просто возвести в короткие сроки с минимальными финансовыми затратами.

Однако чтобы всё прошло успешно, нужно технологически правильно выполнить процедуру армирования ленточного фундамента.

Зачем нужен арматурный каркас для ленточного фундамента?

Чтобы разобраться, почему фундамент нужно армировать, следует обратить внимание на свойства бетона.

Как строительный материал, бетон достаточно хрупок. Его деформация происходит даже при минимальном давлении.

В целом, на фундаментную конструкцию постоянно оказывается неравномерное давление с разных сторон. Следствием этого является образование мест с зонами растяжения и сжатия.

Так вот именно в зонах наибольшего растяжения фундамент и начинает давать трещины, если армирование было проведено неправильно.

Как работает арматура?

Для того чтобы фундаментная конструкция оставалась целостной, её усиливают арматурными прутьями. Внутри бетона формируется металлический каркас, который принимает на себя давление, оказываемое извне.

Металл гораздо лучше выдерживает нагрузки на растяжение, поэтому бетон становится более устойчивым к внешним факторам.

Если на участке строительства присутствует неоднородность грунта, армирование фундамента обеспечивает необходимую жёсткость конструкции. Таким образом, по фундаменту равномерно распределяется вся нагрузка от здания, и в целом сооружение становится более устойчивым.

Правила монтажа армокаркаса по СНиП

Количество необходимой для закладываемой конструкции арматуры и расстояние между арматурными прутьями напрямую зависят от размеров фундамента.

Согласно СНиП 52-01-2003 расстояние между прутьями рассчитывается, исходя из:

Технологически правильное армирование подразумевает, что расстояние между прутьями продольной арматуры должно находиться в пределах от 25 до 40 см. Прутья же поперечной арматуры должны быть не более чем в 30 см друг от друга.

Все самое важное об армировании ленточного фундамента найдете в этой публикации.

Требования к бетону

Бетон для ленточного фундамента должен отвечать определённым физико-техническим требованиям. Среди них:

Прочность — это способность выдерживать нагрузки на сжатие, выраженная в килограммах на квадратный сантиметр.

Морозостойкость обозначается буквой “F” и числовым эквивалентом. Число — это количество циклов полного замораживания и оттаивания опытного образца бетона без изменений своих характеристик.

Водонепроницаемость обозначается буквой “W” и также числовым эквивалентом. Число, в данном случае, — это максимальное давление, измеряемое в мегаПаскалях, при котором образец бетона не пропускает через себя влагу.

Марки бетона, рекомендуемые для сооружения ленточного фундамента:

Марка бетона Класс бетонаПрочность бетона, кг/см2МорозостойкостьВодонепроницаемость
М-200В-15196,5F-100W-4
М-250В-20261,9F-100W-4
М-300В-22,5294,4F-200W-6
М-350В-25327,4F-200W-8
М-400В-30392,9F-300W-10

Соотношение типа сооружения, грунта и марки бетона для ленточного фундамента:

Тип сооруженияСлабопучинистые грунтыПучинистые грунты
Лёгкие деревянные или каркасные домаМ-200М-250
Дома из бруса, бревенчатые срубыМ-250М-300
Дома из арболитовых блоков и подобных им материаловМ-300М-350
Дома из кирпича, камня, железобетонаМ-350М-400

Требования к арматуре

Для армирования ленточного фундамента используется стальная или композитная арматура. Поверхность её профилирована, что приводит к передаче максимальной нагрузки от прогибающегося бетона к арматурным прутьям.

Для продольного армирования обычно используются металлические прутья, диаметр которых находится в пределах от 10 до 16 мм.

Для поперечного армирования применяются металлические прутья, диаметр которых находится в пределах от 6 до 8 мм.

В соответствии со СНиП 52-01-2003, при возведении ленточного фундамента могут использоваться следующие виды арматуры:

О том, какую арматуру используют для армирования ленточного фундамента, расскажет эта статья.

Этапы выполнения работ

Общие проектные расчёты:

Расчёт диаметра и количества арматурных прутьев

В соответствии со СНиП 52-01-2003 минимальная площадь сечения продольной арматуры должна равняться 0,1% от площади поперечного сечения самого фундамента. Этим правилом необходимо руководствоваться при выборе диаметра арматурных прутьев.

Зная площадь сечения прута, а также количество прутьев в сечении фундамента, можно, используя таблицу ниже, быстро определить необходимый диаметр арматуры.

Арматурный сортамент:

Номинальный диаметр стержня, ммРасчетная площадь поперечного стержня, мм2, при числе стержнейТеоретическая масса 1 м длины арматуры, кгДиаметр арматуры классовМаксимальный размер сечения стержня периодического профиля
123456789А240
А400
А500
А300В500
37,114,121,228,335,342,449,556,563,60,052+
412,625,137,750,262,875,487,9100,51130,092+
519,639,358,978,598,2117,8137,5157,1176,70,144+
628,357851131411701982262540,222++6,75
850,31011512012513023524024530,395++9,0
1078,51572363143934715506287070,617+++11,3
12113,122633945256567979290510180,888+++13,5
14153,93084626167699231077123113851,208++15,5
16201,1402603804100512061407160818101,578++18
18254,55097631018127215271781203622901,998++20
20314,26289421256157118852199251328282,466++22
2238176011401520190022812661304134212,984++24

Расчёт количества арматуры:

  1. Вычисляем периметр фундамента.
  2. Составляем схему армирования и подсчитываем количество стыков арматурных прутьев (стыки всегда идут внахлёст на величину, равную 30 диаметрам прута).
  3. Периметр умножаем на схему армирования, прибавляем сумму стыков и добавляем к этому ещё 10% от получившейся величины.

Подробнее о расчете арматуры для ленточного фундамента можно узнать из этой статьи.

Разметка

На этапе разметки используется проектная схема фундаментной конструкции. Схему переносят на местность, используя обноску по периметру участка и разметочный шнур. Все получившиеся таким образом размеры должны соответствовать проекту.

Основание фундамента

Роется траншея для будущей фундаментной конструкции. Глубина должна соответствовать проектной и иметь запас в 30 см для песчано-гравийной подушки. При этом учитываются особенности грунта.

Опалубка

Опалубка делается из деревянных дощатых щитов снаружи будущего основания дома. На дно (поверх подушки) и стенки опалубки укладывается гидроизоляционный слой.

Вязка

Самый важный этап — это формирование в опалубке арматурного каркаса и его вязка. Для вязки обычно используется проволока.

На это есть ряд причин:

Все самое важное о вязке армокаркаса найдете в этом материале.

Армирование углов

На углы в фундаментной конструкции приходится наибольшая нагрузка. Поэтому их необходимо максимально усилить.

Для этого есть два основных правила:

  1. Пруты нужно изгибать так, чтобы каждая из их сторон заглублялась в одну из стен фундамента.
  2. Если длины прута недостаточно, чтобы его изогнуть, то для усиления углов используются Г-образные профили.

На фото ниже представлены схемы армирования углов:

1. Жесткость соединения внешней продольной арматуры (1) в угловой зоне обеспечивает Г-образный хомут (6).
2. Внутренняя продольная арматура (2) жестко скрепляется с внешней продольной арматурой (1) внахлёст.
3. Шаг поперечной арматуры (L) составляет не более ¾ высоты ленты фундамента.
4. Внутреннюю и внешнюю продольную арматуру соединяет дополнительная поперечная арматура (5).
5. Длина соединения внахлёст составляет 50 диаметров горизонтальной арматуры.


1. При использовании П-образных хомутов (5) угловое соединение внешней и внутренней горизонтальной арматуры ленточного фундамента (1) получает жёсткую сцепку наподобие замка.
2. В анкеровке П-образных хомутов участвует вертикальная (2), поперечная (3) и дополнительная поперечная (4) арматура.

После армирования приступают непосредственно к заливке бетона. Бетон заливается в опалубку в несколько слоёв, по 20-30 см каждый. В процессе необходимо тщательно перемешивать бетонную смесь.

Подробнее о технологии армирования углов ленточного фундамента читайте в этой статье.

Распространённые ошибки и способы их исправления

Следует обратить внимание на следующие грубейшие ошибки при армировании ленточного фундамента:

  1. Часто для арматурного каркаса не формируется защитный бетонный слой, что существенно влияет на долговечность конструкции. Об этом нужно помнить на этапе возведения опалубки.
  2. Отсутствие гидроизоляционного слоя между подошвой и стенками фундамента. Высокая водопроницаемость в данном случае разрушает конструкцию в течение 10 лет. Поэтому гидроизоляция тоже стоит здесь на одном из первых мест.
  3. Армирование углов с обыкновенным поворотом. Эта ошибка может привести к очень быстрой деформации и разрушению фундамента. На углы всегда стоит обращать особое внимание.

Заключение

Подводя итог под всем вышесказанным, можно сделать ряд выводов:

  1. Во-первых, финансовые и временные затраты на возведение и армирование ленточного фундамента не велики. При этом конструкция проста и надёжна.
  2. Во-вторых, подобный тип фундамента подходит практически для любого вида дачных загородных построек, что сильно расширяет область его применения.
  3. В-третьих, при армировании данного типа фундамента нужно помнить о технологических правилах и нормах, чтобы избежать типичных ошибок. И тогда конструкция прослужит долгие годы.

Армирование ленточного фундамента. Правила, схемы, инструкции и расчеты

Возведение фундаментного основания зданий это важнейший этап строительства, который определяет дальнейшую надежность и долговечность постройки. Поэтому при выполнении этой работы не допустима непродуманная экономия на расходах материалов и самовольные изменения проектных решений принятых специалистами.

Ленточные фундаменты пользуются заслуженной популярности при строительстве объектов индивидуальной застройки. Это объясняется возможностью универсального применения для самых различных зданий на большинстве распространенных типов грунтов.

Они отличаются высоким уровнем надежности и возможностью выполнения монтажа своими руками. Ленточные фундаменты нельзя применять для строительства зданий на неустойчивых грунтах, в заболоченной местности и на вечной мерзлоте.

Описание конструкции ленточного фундамента

Несущее основание этого типа представляет собой заглубленную в землю железобетонную монолитную ленту. Она монтируется под все несущие стены и тяжелые перегородки. Глубина заложения фундамента определяется в зависимости от следующих исходных параметров:

В результате фундамент небольших легких зданий домов быть мелкозаглубленным и иметь нижнюю опору на глубине 500-800 мм. Для тяжелых больших зданий и при наличии подвала подошва монолитной конструкции должна находиться ниже точки промерзания грунта более чем на 400 мм.

Ширина фундаментной ленты в ее верхней части зависит от толщины возводимых стен и должна превышать ее более чем на 100 мм, но в любом случае не мене 300 мм. В нижней части может быть предусмотрено наличие более широкой опорной подошвы, которая устраивается при большом весе строительных конструкций или слабых грунтах. Однако правильный расчет такой опоры довольно сложная инженерная задача. Данные о поперечном сечении фундаментной ленты и об общей массе строительных конструкций позволяют правильно рассчитать конструкцию армирующего каркаса.

Расчет фундамента должен быть выполнен на профессиональном уровне

Наличие армирующего каркаса повышает прочность фундаментного монолита и позволяет более равномерно распределить весовую нагрузку на грунт. При проектировании элементов здания всегда учитываются реальные данные, на основании которых получают результат способный обеспечить долговечность и надежность постройки.

На основании этого можно сделать вывод, что для разработки проекта необходимы специальные знания и опыт подобных работ. Поэтому выполнение расчетов и определение проектных схем рекомендуется поручить специалисту, а вот монтажные работы можно выполнять самостоятельно. Если только вы не собираетесь построить небольшой сарай, баньку, хозяйственные постройки или легкий гараж.

Расчет необходимого количества материалов

При определении нужного количества арматуры следует учитывать, что продольные струны и поперечные прутки имеют разный диаметр и цену. Имея проект подсчитать количество необходимого для армирования материала не сложно. Только следует предусмотреть запас 7-10% на остатки в виде коротких обрезков и на нахлесты при соединении прутов на длинных участках.

Если вы производите расчеты самостоятельно, то рекомендуется принять:

Кроме этого не забудьте приобрести вязальную проволоку (сварка прута для железобетона запрещена), а так же фиксаторы «звездочка» и «опора», которые устанавливаются на каждый крайний прут через каждые 3 метра.

Общее количество продольных армирующих струн определяется по суммарному сечению. Согласно СНиП общая площадь сечения арматуры должна быть не менее 0,1% от поперечного сечения фундаментной ленты. Если в результате вы определите, что для армирования достаточно всего 2-х прутов, то эту количество необходимо увеличить до 4-х. При этом принимая минимальное сечение прутов в 10 мм. Поперечные прутки никаких нагрузок не несут и считаются фиксирующими элементами.

Шаг поперечных прутков (хомутов) должен быть не более трех четвертей высоты фундаментной ленты и меньше 500 мм. В местах примыкания двух прямых конструкций и на углах шаг должен уменьшаться вдвое. Существует много специально разработанных схем вязки углов элементов и примыкающих участков. Перед началом работы рекомендуем с ними ознакомиться.

Что нужно знать про арматуру

Для ленточных фундаментов обычно применяют горячекатаную арматуру классов A-II и A-III с диаметром от 10 мм с периодическим профилем (рифленую), который обеспечивает надежное сцепление металла с бетоном. Пруты класса A-I с гладкой поверхностью и сечением 8-10 мм применяют для изготовления связующих хомутов и перемычек.

Расчет ленточного фундамента

Справка

Введите необходимые размеры в миллиметрах

X - ширина фундамента
Y - длина основания
A - толщина фундамента
H - Высота фундамента
C - расстояние до оси перемычки


A - толщина фундамента
H - высота фундамента
S - шаг между соединениями
G - горизонтальные ряды
V - вертикальные стержни
Z - соединительные стержни


Необходимое количество цемента для изготовления одного кубометра бетона в каждом конкретном случае разное.

Зависит от марки цемента, желаемой марки получаемого бетона, размера и пропорций наполнителей.
Указывается в пакетах.

Не нужно повторять, насколько важна конструкция дома для расчета количества стройматериалов для фундамента дома.
Потому что стоимость монолитного фундамента составляет треть стоимости дома.

Данная услуга облегчит планирование и расчет подвала дома.Помогите рассчитать количество бетона, арматуры, опалубки для устройства ленточного фундамента.

Что можно узнать:

Площадь основания фундамента (например, чтобы определить объем гидроизоляции для покрытия готового подвала)
Количество бетона для фундамента и плит перекрытия или заливка цокольного этажа (тут будет весело, когда из-за элементарных ошибок при умножении бетона не хватает)
Армирование - количество клапанов, автоматический расчет веса исходя из его длины и диаметра
Площадь опалубки и количество пиломатериалов в кубометрах и в штуках
Площадь всех поверхностей (для расчета гидроизоляции цоколя) и боковых поверхностей и основания
Добавлен расчет стоимости строительных материалов фундамента.

Эта же программа нарисует план фундамента.
Надеюсь, сервис будет полезен тем, кто строит фундамент своими руками, и профессионалам-строителям.

Состав бетона

Пропорция и количество цемента, песка и гравия для изготовления бетона даны по умолчанию, как рекомендовано производителями цемента.
Так же в цене цемент, песок, щебень.

Однако товарный бетон сильно зависит от размера фракций щебня или гравия, марки цемента, его свежести и условий хранения.Известно, что при длительном хранении цемент теряет свои свойства и качество цемента с повышенной влажностью ухудшается быстрее.

Обращаем ваше внимание, что стоимость песка и щебня указана в программе за 1 тонну. Продавцы также объявили цену за кубометр песка, щебня или гравия.

Удельный вес песка зависит от его происхождения. Например, речной песок тяжелее карьерного.
1 кубометр песка весит 1200-1700 кг, в среднем - 1500 кг.

С гравием и щебнем сложно. По разным данным, вес 1 кубометра от 1200 до 2500 кг в зависимости от габаритов. Тяжелее - более чем нормально.

Итак, посчитайте стоимость тонны песка и гравия, которые вам могут понадобиться для очистки или у поставщиков.

Однако расчет все же помогает узнать ориентировочные затраты на стройматериалы для засыпки подвала. Не забудьте еще проволоку для вязания арматуры, гвозди или шуруп для опалубки, доставку стройматериалов, стоимость земляных и строительных работ.

.

Фондов

Фондов

Фонды

Типы фундаментов

Неглубокие фундаменты (иногда называемые «раздвижными опорами») включают подушки («изолированные опоры»), ленточные опоры и плоты.
Фундаменты глубокие
включают сваи, свайные стены, диафрагменные стены и кессоны.


Типы фундаментов

Фундамент мелкого заложения

Фундаменты мелкого заложения - фундаменты, заложенные вблизи готовой поверхности земли; как правило, если глубина фундамента (D f ) меньше ширины основания и менее 3 м.Это не строгие правила, а просто рекомендации: в основном, если нагрузка на поверхность или другие условия поверхности влияют на несущую способность фундамента, это «неглубокий». Неглубокие фундаменты (иногда называемые «раздвижными опорами») включают подушки («изолированные опоры»), ленточные опоры и плоты.
Фундаменты мелкого заложения используются, когда поверхностные почвы достаточно прочные и жесткие, чтобы выдерживать приложенные нагрузки; они, как правило, непригодны для слабых или сильно сжимаемых почв, таких как плохо уплотненная насыпь, торф, современные озерные и аллювиальные отложения и т. д.


Фундамент мелкого заложения

Падовый фундамент

Фундаменты с подкладкой используются для поддержки отдельной точечной нагрузки, например, от несущей колонны. Они могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными. Обычно они состоят из блока или плиты одинаковой толщины, но они могут быть ступенчатыми или изогнутыми, если требуется для распределения нагрузки от тяжелой колонны. Фундаменты с подушечками обычно неглубокие, но можно использовать и глубокие фундаменты.


Фундамент мелкого заложения

Ленточный фундамент

Ленточные фундаменты используются для поддержки линии нагрузок либо из-за несущей стены, либо если линия колонн нуждается в опоре, когда положение колонн настолько близко, что отдельные опорные основания не подходят.


Фундамент мелкого заложения

Плотные фундаменты

Плотные фундаменты используются для распределения нагрузки от конструкции на большую площадь, обычно на всю площадь конструкции.Они используются, когда нагрузки на колонны или другие нагрузки на конструкцию близки друг к другу и отдельные опорные основания могут взаимодействовать.

Плотный фундамент обычно представляет собой бетонную плиту, которая простирается по всей загруженной площади. Он может быть усилен ребрами или балками, встроенными в фундамент.

Фундаменты на плотах имеют то преимущество, что они снижают дифференциальные осадки, поскольку бетонная плита сопротивляется дифференциальным движениям между положениями загрузки. Они часто необходимы на мягких или рыхлых грунтах с низкой несущей способностью, поскольку могут распределять нагрузки на большую площадь.


Типы фундаментов

Фундамент глубокий

Глубокие фундаменты - это фундаменты, заложенные слишком глубоко под готовой поверхностью грунта, чтобы на их несущую способность основания влияли условия поверхности, обычно это происходит на глубине> 3 м ниже уровня готовой земли. К ним относятся сваи, опоры и кессоны или компенсированные фундаменты с использованием глубоких фундаментов, а также глубокие подушечные или ленточные фундаменты. Глубокие фундаменты могут использоваться для передачи нагрузки на более глубокие и более подходящие слои на глубине, если неподходящие почвы присутствуют вблизи поверхности.

Сваи представляют собой относительно длинные тонкие элементы, которые передают нагрузки на фундамент через слои грунта с низкой несущей способностью на более глубокие слои почвы или породы с высокой несущей способностью. Они используются, когда по экономическим соображениям, конструкционным соображениям или условиям почвы желательно передавать нагрузки на слои за пределами практической досягаемости фундаментов мелкого заложения. В дополнение к опорным конструкциям сваи также используются для анкеровки конструкций против подъемных сил и для оказания помощи конструкциям в сопротивлении боковым силам и силам опрокидывания.

Опоры - это фундаменты, способные выдерживать большие нагрузки на конструкцию, которые сооружаются на месте в глубоких выработках.

Кессоны - это форма глубокого фундамента, который сооружается над уровнем земли, а затем опускается до необходимого уровня путем выемки грунта или выемки грунта изнутри кессона.

Компенсированные фундаменты - это глубокие фундаменты, в которых снятие напряжений, возникающих при выемке грунта, приблизительно уравновешивается приложенным напряжением, создаваемым фундаментом.Таким образом, прикладываемое чистое напряжение очень мало. Компенсированный фундамент обычно представляет собой глубокий фундамент.


Фундамент глубокий

Сваи

Свайные фундаменты можно классифицировать по
тип сваи
(разные конструкции, которые должны поддерживаться, и разные условия грунта, требуют разных типов сопротивления) и
вид конструкции
(могут использоваться разные материалы, конструкции и процессы).


Сваи

Типы свай

Сваи часто используются, потому что на достаточно малых глубинах нельзя найти адекватную несущую способность, чтобы выдержать нагрузки конструкции. Важно понимать, что сваи получают опору как от концевой опоры , так и от поверхностного трения . Пропорция несущей способности, создаваемая либо торцевым подшипником, либо поверхностным трением, зависит от условий почвы. Сваи могут использоваться для поддержки различных типов структурных нагрузок.


Типы свай

Концевые опорные сваи

Концевые несущие сваи - это сваи, оканчивающиеся твердым, относительно непроницаемым материалом, таким как скала или очень плотный песок и гравий. Большую часть своей несущей способности они получают из-за сопротивления слоя у носка сваи.


Типы свай

Сваи фрикционные

Фрикционные сваи получают большую часть своей несущей способности за счет поверхностного трения или адгезии.Это обычно происходит, когда сваи не достигают непроницаемого пласта, а забиваются на некоторое расстояние в проницаемый грунт. Их несущая способность определяется частично концевой опорой и частично поверхностным трением между заделанной поверхностью почвы и окружающей почвой.


Типы свай

Сваи редукционные

Сваи, уменьшающие оседание, обычно закладываются под центральной частью фундамента плота, чтобы уменьшить разницу осадки до приемлемого уровня.Такие сваи укрепляют почву под плотом и помогают предотвратить перекос плота в центре.


Типы свай

Натяжные сваи

Конструкции, такие как высокие дымоходы, опоры электропередачи и пирсы, могут подвергаться большим опрокидывающим моментам, поэтому часто используются сваи для противодействия возникающим подъемным силам у фундаментов. В таких случаях возникающие силы передаются на грунт по длине заделки сваи.Сила сопротивления может быть увеличена в случае буронабивных свай за счет недораскачивания. При проектировании натяжных свай необходимо учитывать эффект радиального сжатия сваи, так как это может привести к снижению сопротивления вала примерно на 10-20%.


Типы свай

Сваи с боковой нагрузкой

Почти все свайные фундаменты подвергаются, по крайней мере, некоторой степени горизонтальной нагрузки. Величина нагрузок по отношению к приложенной вертикальной осевой нагрузке, как правило, будет небольшой, и никаких дополнительных расчетных расчетов обычно не требуется.Однако в случае причалов и пристаней, на которые воздействуют ударные силы пришвартованных судов, свайных оснований для опор мостов, эстакад для мостовых кранов, высоких дымоходов и подпорных стен, горизонтальный компонент относительно велик и может иметь решающее значение при проектировании. Традиционно в таких случаях сваи устанавливаются под углом к ​​вертикали, обеспечивая достаточное горизонтальное сопротивление за счет компонента осевой нагрузки сваи, действующего горизонтально. Однако способность вертикальной сваи противостоять нагрузкам, приложенным нормально к оси, хотя и значительно меньше, чем осевая способность этой сваи, может быть достаточной, чтобы избежать необходимости в таких «сгребающих» или «битых» сваях, установка которых является более дорогой. .Поэтому при проектировании свай для восприятия боковых сил важно учитывать это.


Типы свай

Сваи в насыпи

Сваи, проходящие через слои средне- или плохо уплотненного заполнителя, будут подвержены отрицательному поверхностному трению , которое вызывает сопротивление вниз вдоль ствола сваи и, следовательно, дополнительную нагрузку на сваю. Это происходит, когда заливка затвердевает под действием собственного веса.


Сваи

Виды свайных конструкций

Вытесняемые сваи вызывают смещение почвы как в радиальном, так и в вертикальном направлении, когда вал сваи забивается или вдавливается в землю. При использовании несмещаемых свай (или сменных свай) грунт удаляется, а образовавшаяся яма, заполненная бетоном или сборной бетонной сваей, опускается в яму и заливается раствором.


Виды свайного строительства

Сваи вытесняющие

Пески и зернистые почвы имеют тенденцию уплотняться в процессе смещения, тогда как глины имеют тенденцию к вспучиванию.Сами сваи смещения можно разделить на разные типы, в зависимости от того, как они построены и как они вставляются.


Сваи смещения

Полностью готовые вытесняющие сваи

Они могут быть из сборного железобетона;
армированный по всей длине (предварительно напряженный)
сочлененный (усиленный)
полый (трубчатый) профиль
или они могут быть из стали различного сечения.


Сваи смещения

Забивные и забивные сваи

Этот тип сваи бывает двух форм. Первый включает в себя вбивание временной стальной трубы с закрытым концом в землю для образования пустоты в почве, которая затем заполняется бетоном, когда труба извлекается. Второй тип такой же, за исключением того, что стальная труба остается на месте, образуя прочный кожух.


Сваи смещения

Винтовые забивочные сваи

Конструкция этого типа выполняется с использованием специального шнека.Однако почва уплотняется, а не удаляется, поскольку шнек ввинчивается в землю. Шнек установлен на полой штанге, которую можно заполнить бетоном, поэтому, когда необходимая глубина будет достигнута, бетон может быть закачан вниз по штоку, и шнек медленно откручивается, оставляя сваю на месте.


Сваи смещения

Способы установки

Сваи забиваются или вдавливаются в грунт.Можно использовать несколько различных методов.


Способы установки

Падение веса

Падающий груз или ударный молот - это наиболее часто используемый метод установки вытесняющих свай. Вес примерно в два раза меньше веса сваи поднимается на подходящее расстояние в направляющей и отпускается, чтобы ударить по головке сваи. При забивке полой трубы сваи вес обычно воздействует на заглушку в нижней части сваи, что снижает любые избыточные напряжения по длине трубы во время вставки.

Вариантами простого отбойного молотка являются отбойные молотки одностороннего и двустороннего действия . Они приводятся в движение паром, сжатым воздухом или гидравлически. В молоте одностороннего действия вес поднимается сжатым воздухом (или другими средствами), который затем выпускается, и весу позволяют упасть. Это может происходить до 60 раз в минуту. Молоток двустороннего действия такой же, за исключением того, что сжатый воздух также используется при движении молота вниз. Однако этот тип молота не всегда подходит для забивки бетонных свай.Хотя бетон может выдерживать сжимающие напряжения, создаваемые молотком, ударная волна, создаваемая каждым ударом молота, может создавать высокие растягивающие напряжения в бетоне при возврате. Это может привести к разрушению бетона. Вот почему бетонные сваи часто подвергаются предварительному напряжению.


Способы установки

Дизельный молот

Быстрые контролируемые взрывы можно производить от дизельного молота. Взрывы поднимают таран, который используется для забивания сваи в землю.Хотя вес поршня меньше, чем вес, используемый в отбойном молотке, повышенная частота ударов может компенсировать эту неэффективность. Этот тип молота наиболее подходит для забивки свай через несвязные зернистые грунты, где большая часть сопротивления приходится на торцевую опору.


Способы установки

Вибрационные методы забивки свай

Вибрационные методы могут оказаться очень эффективными при забивании свай через несвязные зернистые почвы.Вибрация сваи возбуждает зерна почвы, прилегающие к свае, делая почву почти свободно текущей, что значительно снижает трение вдоль вала сваи. Вибрация может создаваться электрически (или гидравлически) вращающимися в противоположном направлении эксцентриками, прикрепленными к головке сваи, обычно действующими с частотой около 20-40 Гц. Если эту частоту увеличить примерно до 100 Гц, это может вызвать продольный резонанс в свае, и скорость проникновения может достигать 20 м / мин в умеренно плотных зернистых грунтах.Однако большая энергия, возникающая в результате вибрации, может повредить оборудование, распространение шума и вибрации также может привести к заселению близлежащих зданий.


Способы установки

Способы установки домкратом

Домкратные сваи чаще всего используются для опор существующих конструкций. Выкапывая грунт под конструкцией, можно вставить короткие куски сваи и вдавить их в землю, используя в качестве реакции нижнюю часть существующей конструкции.


Виды свайного строительства

Несвижные сваи

При использовании несмещаемых свай почва удаляется, и образовавшаяся яма заполняется бетоном или, иногда, сборная бетонная свая опускается в яму и заливается раствором. Глины особенно подходят для этого типа образования свай, поскольку в глинах требуется только стенка скважины. опора близко к поверхности земли. При бурении более нестабильного грунта, такого как гравий, может потребоваться какая-либо форма обсадной колонны или опоры, например, бентонитовая суспензия.В качестве альтернативы раствор или бетон можно вводить из шнека, вращающего гранулированный грунт. Таким образом, существует четыре типа несмещаемых свай.

Этот метод строительства создает неравномерную поверхность раздела между стволом сваи и окружающей почвой, что обеспечивает хорошее сопротивление поверхностному трению при последующей нагрузке.


Несвижные сваи

Буронабивные сваи малого диаметра

Они обычно имеют диаметр 600 мм или меньше и обычно изготавливаются с использованием штатива.Оборудование состоит из штатива, лебедки и троса для управления различными инструментами. Основные инструменты показаны на этой диаграмме.

В зернистых почвах основной инструмент состоит из тяжелой цилиндрической оболочки с режущей кромкой и откидной заслонкой внизу. Для проведения раскопок этого типа необходима вода. При перемещении корпуса вверх и вниз на дне ствола скважины происходит разжижение грунта (так как под корпусом создается низкое давление, поскольку разжиженный грунт быстро перемещается вверх), и он течет в корпус и может быть поднят на лебедку. поверхность и опрокинуты.При просверливании зернистого грунта существует опасность чрезмерного разрыхления материала по бокам отверстия. Чтобы этого не произошло, необходимо продвинуть временную обсадную колонну, вбивая ее в землю.

В связных грунтах ствол скважины продвигается путем многократного опускания инструмента крестообразного сечения с цилиндрической режущей кромкой в ​​грунт и последующего подъема его на поверхность с грузом грунта. Оказавшись на поверхности, глина, которая прилипает к крестообразным лезвиям, разделяется на пары.


Несвижные сваи

Буронабивные сваи большого диаметра

Большие скважины диаметром от 750 мм до 3 м (с 7-метровыми нижними расширениями) возможны при использовании роторного бурового оборудования. Шнековая установка обычно монтируется на кран или грузовик.

Спиральный или ковшовый шнек, показанный на этой схеме, прикреплен к валу, известному как штанга Келли (телескопический элемент квадратного сечения, приводимый в движение горизонтальным вращателем).При использовании этой техники возможна глубина до 70 м. Использование бентонитовой суспензии в сочетании с бурением ковшовым шнеком может устранить некоторые трудности, связанные с бурением мягких илов и глин и рыхлых зернистых грунтов без постоянной поддержки обсадными трубами. Одним из преимуществ этого метода является потенциал до

.

Расстояние между арматурой в бетонных балках и перекрытиях

Минимальное и максимальное расстояние между арматурой в бетонных конструктивных элементах, таких как балки и плиты, требуется в соответствии со стандартными правилами. Минимальное расстояние между арматурой основано на максимальном размере заполнителей, чтобы бетон можно было правильно укладывать и уплотнять. Максимальное расстояние между арматурой, основанное на глубине балок и плит, чтобы обеспечить адекватную поддержку изгибающего момента и поперечной силы в конструкции.

Шаг арматуры в бетонных балках и перекрытиях

1.Минимальное расстояние между стержнями при растяжении

Минимальное расстояние по горизонтали между двумя параллельными основными стержнями должно быть равно диаметру большего стержня или максимальному размеру крупного заполнителя плюс 5 мм. Однако, если уплотнение выполняется игольчатым вибратором, расстояние можно дополнительно уменьшить до двух третей от номинального максимального размера крупного заполнителя.

Минимальное расстояние по вертикали между двумя основными стержнями должно быть

  • 15 мм,
  • Две трети номинального размера крупного заполнителя, или
  • Максимальный размер полосы или большее значение.

2. Максимальное расстояние между стержнями при растяжении

Обычно этот интервал будет таким, как указано ниже:

    1. Для балок эти расстояния составляют 300 мм, 180 мм и 150 мм для марок основной арматуры Fe 250, Fe 415 и Fe 500 соответственно.
    2. Для плит
      • (i) Максимальное расстояние между двумя параллельными основными арматурными стержнями должно составлять 3 или 300 мм или в зависимости от того, что меньше, и
      • (ii) Максимальное расстояние между двумя вторичными параллельными брусьями должно составлять 5 или 450 мм или в зависимости от того, что меньше.

Рис: Шаг арматуры в балках

3. Минимальные и максимальные требования к армированию в элементах

Для балок

  • Сталь с минимальным пределом прочности на растяжение определяется соотношением (для фланцевых балок b = bw)
  • Максимальное усилие на растяжение в балках не должно превышать 0,04 bD.
  • Максимальная площадь сжатия арматуры не должна превышать 0,04 bD.
  • (d) Балка глубиной более 750 мм, усиление боковой поверхности 0.Предоставляется 1% веб-площади. Эта арматура должна быть равномерно распределена на двух поверхностях на расстоянии не более 300 или толщины стенки, или того, что меньше.

Подробнее о Руководство по армированию

.

Обучение с подкреплением 101. Изучите основы подкрепления… | by Shweta Bhatt

Обучение с подкреплением (RL) - одна из самых актуальных тем исследований в области современного искусственного интеллекта, и ее популярность только растет. Давайте рассмотрим 5 полезных вещей, которые нужно знать, чтобы начать работу с RL.

Обучение с подкреплением (RL) - это метод машинного обучения, который позволяет агенту учиться в интерактивной среде методом проб и ошибок, используя обратную связь от его собственных действий и опыта.

Хотя как контролируемое обучение, так и обучение с подкреплением используют сопоставление между вводом и выводом, в отличие от контролируемого обучения, где обратная связь, предоставляемая агенту, представляет собой правильный набор действий для выполнения задачи, обучение с подкреплением использует вознаграждений и наказаний в качестве сигналов для положительного и отрицательное поведение.

По сравнению с обучением без учителя, обучение с подкреплением отличается с точки зрения целей. В то время как цель обучения без учителя состоит в том, чтобы найти сходства и различия между точками данных, в случае обучения с подкреплением цель состоит в том, чтобы найти подходящую модель действий, которая максимизирует общую совокупную награду агента .На рисунке ниже показан цикл обратной связи «действие-вознаграждение» типовой модели RL.

Вот некоторые ключевые термины, которые описывают основные элементы проблемы RL:

  1. Среда - Физический мир, в котором работает агент
  2. Состояние - Текущая ситуация агента
  3. Вознаграждение - Обратная связь от среда
  4. Политика - Метод сопоставления состояния агента действиям
  5. Значение - Будущее вознаграждение, которое агент получит, выполняя действие в определенном состоянии

Проблема RL может быть лучше всего объяснена с помощью игр.Давайте возьмем игру PacMan , где цель агента (PacMan) состоит в том, чтобы съесть пищу в сетке, избегая при этом призраков на своем пути. В этом случае сеточный мир - это интерактивная среда для агента, в которой он действует. Агент получает награду за поедание еды и наказание, если его убивает призрак (проигрывает игру). Состояния - это местоположение агента в мире сетки, а общая совокупная награда - это агент, выигравший игру.

Чтобы построить оптимальную политику, агент сталкивается с дилеммой исследования новых состояний, одновременно максимизируя свое общее вознаграждение.Это называется компромиссом между и эксплуатацией . Чтобы сбалансировать и то, и другое, лучшая общая стратегия может включать краткосрочные жертвы. Таким образом, агент должен собрать достаточно информации, чтобы принять наилучшее общее решение в будущем.

Марковские процессы принятия решений (MDP) - это математические основы для описания среды в RL, и почти все задачи RL могут быть сформулированы с использованием MDP. MDP состоит из набора конечных состояний S среды, набора возможных действий A (s) в каждом состоянии, действительной функции вознаграждения R (s) и модели перехода P (s ’, s | a).Однако в реальных условиях окружающей среды, скорее всего, не хватает каких-либо предварительных знаний о динамике окружающей среды. В таких случаях пригодятся безмодельные методы RL.

Q-Learning - это широко используемый подход без моделей, который можно использовать для создания самовоспроизводящегося агента PacMan. Он вращается вокруг понятия обновления значений Q, которое обозначает значение выполнения действия a в состоянии s . Следующее правило обновления значения является ядром алгоритма Q-обучения.

Вот видео-демонстрация агента PacMan, который использует глубокое обучение с подкреплением.

Q-Learning и SARSA (State-Action-Reward-State-Action) - два широко используемых алгоритма RL без моделей. Они различаются своими стратегиями разведки, в то время как их стратегии эксплуатации схожи. В то время как Q-обучение - это метод вне политики, в котором агент изучает значение на основе действия a *, полученного из другой политики, SARSA - это метод на основе политики, при котором он изучает значение на основе своего текущего действия a , полученного из его текущая политика.Эти два метода просты в реализации, но им не хватает универсальности, поскольку они не позволяют оценивать значения для невидимых состояний.

Это можно преодолеть с помощью более продвинутых алгоритмов, таких как Deep Q-Networks (DQNs) , которые используют нейронные сети для оценки Q-значений. Но DQN могут обрабатывать только дискретные низкоразмерные пространства действий.

Глубокий детерминированный градиент политик (DDPG) - это не связанный с политикой алгоритм, не связанный с политикой, критикующий субъект, который решает эту проблему путем изучения политик в многомерных пространствах непрерывных действий.На рисунке ниже представлена ​​архитектура "актер-критик" .

Так как RL требует большого количества данных, поэтому он наиболее применим в областях, где смоделированные данные легко доступны, например, игровой процесс, робототехника.

  1. RL довольно широко используется при создании ИИ для компьютерных игр. AlphaGo Zero - первая компьютерная программа, победившая чемпиона мира в древней китайской игре го. Другие включают игры ATARI, нарды и т. Д.
  2. В робототехнике и промышленной автоматизации RL используется, чтобы позволить роботу создать для себя эффективную адаптивную систему управления, которая учится на собственном опыте и поведении.Работа DeepMind над Deep Reinforcement Learning for Robotic Manipulation with Asynchronous Policy updates является хорошим примером того же. Посмотрите это интересное демонстрационное видео.

Другие приложения RL включают механизмы резюмирования абстрактного текста, диалоговые агенты (текст, речь), которые могут учиться на взаимодействиях с пользователем и улучшаться со временем, изучая оптимальные стратегии лечения в здравоохранении, и основанные на RL агенты для онлайн-торговли акциями.

Для понимания основных концепций RL можно обратиться к следующим ресурсам.

  1. Обучение с подкреплением - Введение , книга отца обучения с подкреплением - Ричарда Саттона и его научного руководителя Эндрю Барто . Онлайн-черновик книги доступен здесь.
  2. Учебные материалы из Дэвид Сильвер , включая видеолекции, - отличный вводный курс по RL.
  3. Вот еще один технический учебник по RL от Pieter Abbeel и John Schulman (Open AI / Berkeley AI Research Lab).

Чтобы приступить к созданию и тестированию агентов RL, могут быть полезны следующие ресурсы.

  1. Этот блог о том, как обучить агент нейронной сети ATARI Pong с градиентами политики из необработанных пикселей, автор Андрей Карпати поможет вам запустить и запустить свой первый агент глубокого обучения с подкреплением всего лишь с 130 строками кода Python.
  2. DeepMind Lab - это платформа с открытым исходным кодом, похожая на трехмерную игру, созданную для агентных исследований искусственного интеллекта в богатой моделируемой среде.
  3. Project Malmo - еще одна платформа для экспериментов с ИИ для поддержки фундаментальных исследований в области ИИ.
  4. OpenAI gym - это набор инструментов для создания и сравнения алгоритмов обучения с подкреплением.
.

Введение в различные алгоритмы обучения с подкреплением. Часть I (Q-Learning, SARSA, DQN, DDPG) | Автор: Kung-Hsiang, Huang (Steeve)

Как правило, RL-установка состоит из двух компонентов: агента и среды.

Иллюстрация обучения с подкреплением (https://i.stack.imgur.com/eoeSq.png)

Затем среда относится к объекту, над которым действует агент (например, к самой игре в игре Atari), а агент представляет Алгоритм RL. Среда начинается с отправки состояния агенту, который затем на основе своих знаний предпринимает действие в ответ на это состояние.После этого среда отправляет пару следующих состояний и вознаграждение обратно агенту. Агент обновит свои знания с помощью награды, возвращаемой средой, чтобы оценить свое последнее действие. Цикл продолжается до тех пор, пока среда не отправит терминальное состояние, которое заканчивается эпизодом.

Большинство алгоритмов RL следуют этому шаблону. В следующих параграфах я кратко расскажу о некоторых терминах, используемых в RL, чтобы облегчить наше обсуждение в следующем разделе.

Определение

  1. Действие (A): все возможные действия, которые может предпринять агент.
  2. Состояние (S): текущая ситуация, возвращаемая средой.
  3. Награда (R): немедленный возврат из среды для оценки последнего действия.
  4. Политика (π): Стратегия, которую агент использует для определения следующего действия на основе текущего состояния.
  5. Стоимость (V): ожидаемая долгосрочная доходность с учетом скидки, в отличие от краткосрочного вознаграждения R. Vπ (s) определяется как ожидаемая долгосрочная доходность π политики раскола текущего состояния.
  6. Q-value или action-value (Q): Q-value аналогичен Value, за исключением того, что он принимает дополнительный параметр, текущее действие a . Qπ (s, a) относится к долгосрочному возврату текущего состояния s , предпринимая действия a в соответствии с политикой π.

Без модели по сравнению с На основе модели

Модель предназначена для моделирования динамики окружающей среды. То есть модель изучает вероятность перехода T (s1 | (s0, a)) из пары текущего состояния s 0 и действия a в следующее состояние s 1 . Если вероятность перехода успешно изучена, агент будет знать, насколько вероятно войти в определенное состояние с учетом текущего состояния и действия.Однако алгоритмы, основанные на модели, становятся непрактичными по мере роста пространства состояний и пространства действий (S * S * A для табличной настройки).

С другой стороны, алгоритмы без моделей полагаются на метод проб и ошибок для обновления своих знаний. В результате ему не требуется место для хранения всей комбинации состояний и действий. Все алгоритмы, обсуждаемые в следующем разделе, попадают в эту категорию.

Соответствие политике и политике Вне политики

Агент, подключенный к политике, изучает значение на основе своего текущего действия, производного от текущей политики, тогда как его часть, не связанная с политикой, изучает его на основе действия a *, полученного из другой политики.В Q-обучении такой политикой является жадная политика. (Мы поговорим об этом подробнее в Q-Learning и SARSA)

2.1 Q-Learning

Q-Learning - это внеполитический алгоритм RL без моделей, основанный на хорошо известном уравнении Беллмана:

Уравнение Беллмана (https : //zhuanlan.zhihu.com/p/21378532? refer = intelligentunit)

E в приведенном выше уравнении относится к математическому ожиданию, а ƛ - к коэффициенту дисконтирования. Мы можем переписать его в форме Q-значения:

Уравнение Беллмана в форме Q-значения (https: // zhuanlan.zhihu.com/p/21378532?refer=intelligentunit)

Оптимальное значение Q, обозначенное как Q *, может быть выражено как:

Оптимальное значение Q (https://zhuanlan.zhihu.com/p/21378532?refer= Intelligentunit)

Цель состоит в том, чтобы максимизировать Q-значение. Прежде чем погрузиться в метод оптимизации Q-value, я хотел бы обсудить два метода обновления значений, которые тесно связаны с Q-обучением.

Итерация политики

Итерация политики запускает цикл между оценкой политики и ее улучшением.

Итерация политики (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

Оценка политики оценивает функцию ценности V с помощью жадной политики, полученной в результате последнего улучшения политики. С другой стороны, улучшение политики обновляет политику действием, которое максимизирует V для каждого состояния. Уравнения обновления основаны на уравнении Беллмана. Он продолжает повторяться до схождения.

Псевдокод для изменения политики (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

Итерация значения

Итерация значения содержит только один компонент.Он обновляет функцию ценности V на основе оптимального уравнения Беллмана.

Оптимальное уравнение Беллмана (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582) Псевдокод для изменения значений (http://blog.csdn.net/songrotek/article/details/51378582)

После итерация сходится, оптимальная политика напрямую получается путем применения функции максимального аргумента для всех состояний.

Обратите внимание, что эти два метода требуют знания вероятности перехода p , что указывает на то, что это алгоритм на основе модели.Однако, как я упоминал ранее, алгоритм на основе модели страдает проблемой масштабируемости. Так как же Q-Learning решает эту проблему?

Q-Learning Update Equation (https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-Q-learning-and-SARSA-learning)

α относится к скорости обучения (т.е. насколько быстро мы приближается к цели). Идея Q-Learning во многом основана на итерациях значений. Однако уравнение обновления заменяется приведенной выше формулой. В результате нам больше не нужно беспокоиться о вероятности перехода.

Псевдокод Q-обучения (https://martin-thoma.com/images/2016/07/q-learning.png)

Обратите внимание, что следующее действие a ' выбрано для максимизации Q-значения следующего состояния. следования текущей политике. В результате Q-обучение относится к категории вне политики.

2.2 Состояние-действие-награда-государство-действие (SARSA)

SARSA очень напоминает Q-обучение. Ключевое различие между SARSA и Q-Learning заключается в том, что SARSA - это алгоритм, соответствующий политике. Это означает, что SARSA изучает значение Q на основе действия, выполняемого текущей политикой, а не жадной политикой.

SARSA Update Equation (https://www.quora.com/What-is-the-difference-between-Q-learning-and-SARSA-learning)

Действие a_ (t + 1) - это действие, выполняемое в следующее состояние s_ (t + 1) согласно текущей политике.

Псевдокод SARSA (https://martin-thoma.com/images/2016/07/sarsa-lambda.png)

Из псевдокода выше вы можете заметить, что выполняются два выбора действий, которые всегда соответствуют текущей политике. Напротив, Q-обучение не имеет ограничений для следующего действия, пока оно максимизирует Q-значение для следующего состояния.Следовательно, SARSA - это алгоритм, основанный на политике.

2.3 Deep Q Network (DQN)

Хотя Q-обучение - очень мощный алгоритм, его основной недостаток - отсутствие общности. Если вы рассматриваете Q-обучение как обновление чисел в двумерном массиве (пространство действий * пространство состояний), оно фактически напоминает динамическое программирование. Это указывает на то, что для состояний, которые агент Q-Learning не видел раньше, он не знает, какое действие предпринять. Другими словами, агент Q-Learning не имеет возможности оценивать значение для невидимых состояний.Чтобы справиться с этой проблемой, DQN избавляется от двумерного массива, введя нейронную сеть.

DQN использует нейронную сеть для оценки функции Q-value. Входом для сети является ток, а выходом - соответствующее значение Q для каждого действия.

Пример DQN для Atari (https://zhuanlan.zhihu.com/p/25239682)

В 2013 году DeepMind применил DQN к игре Atari, как показано на рисунке выше. Входными данными является необработанное изображение текущей игровой ситуации. Он прошел через несколько слоев, включая сверточный слой, а также полностью связанный слой.Результатом является Q-значение для каждого действия, которое может предпринять агент.

Вопрос сводится к следующему: Как мы обучаем сеть?

Ответ заключается в том, что мы обучаем сеть на основе уравнения обновления Q-обучения. Напомним, что целевое Q-значение для Q-обучения:

Целевое Q-значение (https://storage.googleapis.com/deepmind-media/dqn/DQNNaturePaper.pdf)

ϕ эквивалентно состоянию s, а обозначает параметры в нейронной сети, которые не входят в область нашего обсуждения.Таким образом, функция потерь для сети определяется как квадрат ошибки между целевым значением Q и выходным значением Q из сети.

Псевдокод DQN (https://storage.googleapis.com/deepmind-media/dqn/DQNNaturePaper.pdf)

Еще два метода также важны для обучения DQN:

  1. Experience Replay : Так как обучающие образцы в типичном RL настройки сильно коррелированы и менее эффективны для данных, это приведет к более сложной конвергенции для сети. Одним из способов решения проблемы распространения образцов является воспроизведение опыта.По сути, образцы переходов сохраняются, которые затем случайным образом выбираются из «пула переходов» для обновления знаний.
  2. Отдельная целевая сеть : Целевая Q-сеть имеет ту же структуру, что и сеть, которая оценивает значение. Каждые C шагов, согласно приведенному выше псевдокоду, целевая сеть сбрасывается на другую. Таким образом, колебания становятся менее сильными, что приводит к более стабильным тренировкам.

2.4 Глубокий детерминированный градиент политики (DDPG)

Хотя DQN добилась огромного успеха в задачах более высокого измерения, таких как игра Atari, пространство действия все еще остается дискретным.Однако для многих задач, представляющих интерес, особенно для задач физического контроля, пространство действий является непрерывным. Если вы слишком точно распределите пространство действия, вы получите слишком большое пространство действия. Например, предположим, что степень свободной случайной системы равна 10. Для каждой степени вы делите пространство на 4 части. У вас будет 4¹⁰ = 1048576 действий. Также чрезвычайно сложно сходиться в таком большом пространстве действий.

DDPG опирается на архитектуру «актер-критик» с двумя одноименными элементами: актер и критик.Актер используется для настройки параметра 𝜽 для функции политики, то есть для определения наилучшего действия для определенного состояния.

Функция политики (https://zhuanlan.zhihu.com/p/25239682)

Критик используется для оценки функции политики, оцененной субъектом в соответствии с ошибкой временной разницы (TD).

Ошибка разницы во времени (http://proceedings.mlr.press/v32/silver14.pdf)

Здесь строчные буквы v обозначают политику, выбранную субъектом. Знакомо? Да! Это похоже на уравнение обновления Q-обучения! TD-обучение - это способ научиться предсказывать значение в зависимости от будущих значений данного состояния.Q-обучение - это особый тип TD-обучения для изучения Q-ценности.

Архитектура актера-критика (https://arxiv.org/pdf/1509.02971.pdf)

DDPG также заимствует идеи воспроизведения опыта и отдельной целевой сети от DQN . Другой проблемой для DDPG является то, что он редко выполняет исследование действий. Решением для этого является добавление шума в пространство параметров или пространство действий.

Action Noise (слева), Parameter Noise (справа) (https: //blog.openai.com / better-exploration-with-parameter-noise /)

Утверждается, что добавление в пространство параметров лучше, чем в пространство действий, согласно этой статье, написанной OpenAI. Один из часто используемых шумов - это случайный процесс Орнштейна-Уленбека.

Псевдокод DDPG (https://arxiv.org/pdf/1509.02971.pdf)

Я обсуждал некоторые основные концепции Q-обучения, SARSA, DQN и DDPG. В следующей статье я продолжу обсуждать другие современные алгоритмы обучения с подкреплением, включая NAF, A3C и т. Д.В конце я кратко сравним каждый из рассмотренных мной алгоритмов. Если у вас возникнут проблемы или вопросы относительно этой статьи, не стесняйтесь оставлять комментарии ниже или подписываться на меня в твиттере.

.

Смотрите также